复合绝缘子接触角的图像处理检测

时间：2025-04-29

复合绝缘子接触角的图像处理检测

第13卷第2期2009年3月

电机与控制学报

ELECTRIC MACHINES AND CONTROL

Vol 13No 2Mar.2009

复合绝缘子接触角的图像处理检测

陶维亮, 王先培, 刘艳, 王泉德

3.武汉大学电子信息学院,湖北武汉430079)

1,3

1,2

(1.武汉大学系统集成与故障诊断实验室,湖北武汉430079;2.襄樊学院计算机教学中心,湖北襄樊441053;

摘要:提出了利用数字图像处理技术和曲线拟合理论自动检测复合绝缘子表面接触角的方法。针对绝缘子表面水珠图像的特点,首先利用中值滤波、灰度拉伸等算法预处理图像,去除高频噪声,并从背景中突出水珠轮廓;然后利用Robert算子边缘检测、迭代最优阈值区域分割等算法将水珠

与背景分离;再采用骨架提取迭代和八邻域轮廓跟踪等算法提取水珠的边界曲线;最后以正交多项式为基函数拟合水珠边界曲线,继而求导得到接触角。该方法能够现场检测运行中的绝缘子,测量过程不需人工干预,客观精确。多次测量同一复合绝缘子的接触角,均方误差在2%之内。关键词:绝缘子;憎水性;接触角;图像处理

中图分类号:TM216

文献标识码:A

文章编号:1007-449X(2009)02-0232-06

Measurementoncompositeinsulators contactangles

basedonimageprocessing

TAOWei liang, WANGXian pei, LIUYan, WANGQuan de

1,3

1,2

(http://www.77cn.com.cnboratoryofSystemIntegratedandFaultsDiagnostics,WuhanUniversity,Wuhan430079,China;http://www.77cn.com.cnputerTeachingCenter,

XiangfanUniversity,Xiangfan441053,China;3.SchoolofElectronicInformation,WuhanUniversity,Wuhan430079,China)

Abstract:Amethodtoauto detectcontactanglesofwaterdroponthesurfaceofacompositeinsulatorwithmageprocessingandcurvefittingisproposedinthispaperi.Firstly,accordingtotheimagecharacteristicsofwaterdroponinsulator ssurface,themedianfilteralgorithmandthegraystretchalgorithmwerede ployedtosuppressnoiseandhighlighttheoutlineofwaterdropfrombackground.Secondly,inorderto

separatewaterdropfrombackground,theprocessofimagesegmentationwasimplementedusingtheedgedetectingalgorithmofRobertandtheiterativeregionpartitionalgorithmonoptimizedthreshold.Then,theproposedmethodcombinedsketchextractioniterationalgorithmandeightneighborhoodoutlinetrackingal gorithmtoextractthecorrespondingboundarycurveofwaterdrop.Finally,thepolynomialfittingwasde ployedtofittheboundarycurveofwaterdrop,andcontactangleswerecalculatedbydifferentiatethepoly nomialdeducedfromthepolynomialfitting.Theproposedmethodcoulddetectcompositeinsulatorinoper ation.Moreover,thedetectioncouldbeprocessedwithoutmanualinterventionwhichmakesthedetectre sultaccurateandobjective.Experimentsshowtha,timplementingtheproposeddetectionofcontactanglestothesamecompositeinsulatormanytimes,therootmeansquareerrorisbelow2%.Keywords:electricinsulators;hydrophobicity;contactangle;imageprocessing

收稿日期:2008-07-03

基金项目:国家自然科学基金(50677047)

作者简介:陶维亮(1979-),男,博士研究生,讲师,研究方向为电力系统故障检测;

王先培(1963-),男,博士,教授,博士生导师,研究方向为检测技术与自动化装置;刘艳(1979-),女,博士研究生,研究方向为模式识别;

复合绝缘子接触角的图像处理检测

第2期复合绝缘子接触角的图像处理检测233

1 引言

复合绝缘子在电力系统中应用广泛,其安全运行直接决定了电力系统的投资及安全水平。寻求有效的手段检测复合绝缘子的性能,决定其是否需要维护或更换,对保障输电线路安全运行非常有必要。

目前有多种可用于检测绝缘子性能的方法。其中视觉检测法应用最为广泛,但它除要求操作者近距离观测外,还需要他们熟悉各种类型绝缘子的材料、设计及主要故障模式。文献[1]通过实验检验了电场分布检测方法的有效性,但同时发现,检测精度与故障位置有关,且绝缘子是否浸水也影响诊断结果。光学检测法通过观察绝缘子表面放电时产生的光子,判断其放电行为,不足之处在于它必须避开太阳光的照射,因此需要在夜间进行。热检测法

[3]

[2]

2 基本原理

在绝缘材料科学中,接触角定义如图1所示。绝缘子表面水平时,水珠两端的接触角同为 ,称为静态接触角;在表面有一定倾斜时,水珠两端的接触角分别为前进角 a和后退角 r。

图1 接触角示意图Fig.1 Diagramofcontactangles

显然,在相同的水滴容量和时间内,静态接触角越大,水滴与绝缘材料的接触面越小,憎水性就越好。通常认为, >90 时,绝缘材料表面是憎水的。对于倾斜面,则通过测量前进角和后退角来研究憎水性,可通过下面公式

[8]

利用电场下绝缘子的表面材

料降级与其散发的热量相关的原理,判断绝缘子性能,其检测本质决定它对风雨、阳光等外部环境的影响比较敏感。Lundgaard则证明了声学检测方法的可行性,通过分析声波的幅度、频率和相位等参数,可获取故障的位置和类型信息,但检测效果决定于绝缘子材料。

憎水性检测法也是绝缘子性能主要检测方法之一。传统的方法是通过照相法来测量接触角,以此度量绝缘子的憎水性能。但检测只能在实验室环境中进行。STRI憎水性分级方法

[5][4]

mgsin( )=L (cos (1)a-cos r)